热轧和正火钢焊接的关键技巧：如何避免脆化与裂纹？

在工业制造中，热轧钢和正火钢由于其优异的机械性能被广泛应用。然而，在焊接过程中，随着强度级别的提高和合金元素含量的增加，焊接难度也随之增大。主要问题集中在热影响区的脆化和各种裂纹的产生。

热影响区脆化

1、过热区脆化

过热区是指热影响区中熔合线附近母材被加热到1100℃以上的区域，也称为粗晶区。在这个区域内，奥氏体晶粒显著增大，导致材料性能变化。这种变化不仅与钢材类型和合金系统有关，还受到焊接热输入的影响，因为热输入直接影响高温停留时间和冷却速度。

对于热轧钢而言，如Q345（16Mn），焊接时采用适当的低热输入等工艺措施是防止过热区脆化的关键。

而对于含Ti和V的正火钢，如15MnTi和Q420（15MnVN），小热输入也是避免过热区脆化的有效措施。若需提高焊接生产效率而使用大热输入，则焊后需进行800～1100℃的正火热处理来改善接头韧性。

2、热应变脆化

当钢材在200℃～Ac1温度范围内受到较大塑性变形时，会出现断裂韧性下降、脆性转变温度升高的现象，即热应变脆化。

研究表明，像Q345（16Mn）和Q420（15MnVN）这样的钢具有一定的热应变脆化倾向。有效的消除方法是焊后进行约600℃的退火处理，可使材料韧性恢复至原有水平。

裂纹问题

1、焊缝金属的热裂纹

热轧正火钢通常含碳量较低，含锰量较高，这使得它们具有较好的抗热裂能力。然而，如果材料成分不合格或存在严重偏析，局部碳、硫含量偏高时，则容易产生裂纹。

为防止这种情况，应控制母材和焊接材料中的碳、硫含量，减少熔合比，增大焊缝成形系数。

2、冷裂纹

冷裂纹的发生与钢材的淬硬倾向、焊缝扩散氢含量以及接头拘束应力密切相关。一般认为，碳当量CE＜0.4%的钢材焊接时基本无淬硬倾向，焊接性良好。例如，σs=295～390MPa的热轧钢如09Mn、O9MnNb、12Mn等属于这一类。

但对于CE在0.4%～0.6%范围内的钢，尤其是σs=440～490MPa的正火钢，当板厚增加时，需要采取预热措施以避免冷裂纹的产生。CE超过0.5%的钢则需严格控制焊接热输入，并采取预热和后热处理等工艺措施以防冷裂纹。

如何选择合适的焊接材料？

1、匹配原则：选择与母材化学成分相近的焊接材料，有助于减少焊接过程中的不均匀性。

2、性能考量：根据具体应用场景选择具有良好抗裂性和韧性的焊接材料，确保焊接接头的质量。

热轧钢和正火钢焊接前的注意事项

1、清洁表面：焊接前彻底清除待焊部位的油污、锈蚀等杂质，确保焊接质量。

2、预热处理：根据钢材的碳当量和厚度，适当进行预热处理，可以有效减少焊接应力和裂纹的形成。